有源电子电流互感器高压供能方法研究报告

-.z有源电子电流互感器高压侧电源的研究摘要：电子式电流互感器已经成了国内外研究的热点，其中有源电子式互感器高压侧电路的供能问题则是研究工作中的关键技术。本文提出了一种用补偿线圈和充电电池相结合的方法对母线电流取能方式进展改良。实验结果说明，该电源能够满足高压侧电子电路的供能要求。ResearchoftheHighPotentialCircuitPowerSupplyforActiveElectronicCurrentTransformerAbstract:Electroniccurrenttransformerishighlightedintheresearchofcurrentmeasurementatelectriccurrenttransformerathighpotentialsideisthekeyproblemtoinvestigate.InthispaperTheresultshowedthatitcansatisfytherequirementsofthehighpotentialcircuitpowersupply.-.z引言：电流互感器是电力系统中的重要设备，随着电力工业的不断开展及电网电压等级的不断提高，对电流的测量要求也在不断提高，传统互感器的绝缘，磁饱和，铁磁谐振，易燃易爆及动态*围小等问题日益突出。新式的电子式互感器应运而生，电子互感器可分为有源式和无源式两种。有源式指传感头局部采用传统的传感原理，仅利用光纤传输数据的电子式互感器，由于光纤只能够传输数字信号，所以必须在高压侧对传感头的输出信号进展模拟量与数字量的转换，这就势必要设计相应的电子电路，因而也就带来了电路的供能问题，这是有源式互感器研究中的难点和关键技术。本文介绍了一种直接从高压线路上取能的悬浮式直流电源和充电电池相结合的供电方案。设计原理由法拉第电磁感应定律可知，电源二次侧的感应电动势为式中：为正弦波频率；为线圈绕组匝数；为输电线传输电流在变压器铁心激磁产生的磁通量。设计主要解决设计时主要应考虑以下两个问题：1.在系统电流很小的时候能够提供足够大的功率，以驱动处于高压端的电子线路。2.在系统出现短路大电流时，能吸收多余的能量，给电子线路提供一个稳定的电源，其本身也要保证不因电动力而损坏。-.z-.z图1电源设计原理性线路图-.zFig.1ThecircuitdiagramofDCpowersupply-.z解决方法：为解决上面两个难题，我们设计了图1为实际的电路设计原理性线路图图中L1为主线圈，L2为补偿线圈。主线圈提供直流稳压工作电源，补偿线圈主要用于控制主线圈的电压应该在一定的*围。充电电池主要作用是短期断电或小电流情况下充电电池投入功电。在电力系统正常运行的情况下，是主线圈提供直流电源。当输入电压超过8V时检测电池温度和电压，如果温度正常电压过低则进入充电状态，如果两个条件有一个不满足不能进展充电。当发生故障时主线圈输入电压会超过后续电路所能调节的值〔30V〕，此时二极管VS会导通，电流会使磁控开关闭和，补偿线圈回路导通反向激磁，从而降低铁心中的磁通量，到达降低主线圈电压的目的。当发生短期断电或小电流情况时，主线圈输入电压不能提供高压侧电路所需的能量时就切换到充电电池供电。-.z-.z这样就很好的解决了小电流是不能正常供电的问题。实际应用中如果大电流过大，可设计多个补偿电路，进一步降低激磁电流值。设计的实现铁心材料的选取：直是取电的一个重要问题，现在主要用硅钢材料，非晶材料和莫坡合金做铁心。根据高压侧电流的特点选取铁心，数据证明，非晶材料和其他两种相比有更多优点[2]。同时注意选取适宜的B–H曲线工作点，使电源能够在大的电流波动*围内正常供电。主线圈和补偿线圈匝数的选取：为了在小电流的情况下感应出所需电压，所以我们根据公式需要加大铁心截面积或增加线圈匝数，匝数太少时感应电压下降，太多时负载能力又会下降，所以实际制作时主绕组为62匝。由电磁感应定律可知，补偿线圈的匝数越多越好，但制作时一定要根据自己需要，因为匝数越多感应电压越高对绝缘的要求就越高，所以制作时补偿线圈的匝数为300匝。充电控制过程充电状态流程BQ2057的充电曲线如图2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。预充阶段：在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入休眠模式，假设工作电压正常，则检查电池温度是否在设定*围，假设不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压，当电池电压低于低压门限时，BQ2057以恒流10％的电流对电池预充电。恒流充电在完成对电池预充或电池电压低于恒压时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，通过SNS引脚获得充电电流的反应，感测电阻由下式计算：，其中为预期的充电电流，可在BQ2057的电特性表中查得恒压充电当充电电压到达恒压时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压*围内，恒压精度高于±1%，BQ2057通过BAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流到达终止门限I(TERM)时停顿充电，当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开场重新充电。电池温度监测：BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测，常用热敏电阻作为温度传感器，并通过分压电阻实现，如图2所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比拟以决定是否允许充电。由于外局部压及内部门限电压均以VCC为参考，保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。实验结果：实验时选取稳压二极管的稳压值为实验结果说明。原方电流在*围内变化时，电源能够提供所需的电压，在原方电流小于，起用充电电池供电，补偿线圈能够使整流侧输出电压维持在以下，保证各稳压模块可靠工作。当原方电流大于时，整流侧输出电压缓慢上升，超过DC/DC模块的最大输入电压，采取一定的散热措施〔如增大散热片的尺寸等〕可以使电源在更大*围内工作。表1线路电流与输出电压的关系线路电流/A0430150300450750900整流输出/V022.1DC/DC输出/V55555555.2总结：采用充电电池和补偿线圈相结合的方法解决了小电流的死区问题同时在大电流时可以降低原方电流的激磁作用，可有效地降低了原方电流对电子式互感器工作电源工作特性的影响。实验结果证明该方法是切实可行的，它解决了那就是在线路电流过低或断路器跳闸时无法供电的问题，同时它能使电源在宽动态*围内满足电子电互感器对工作电源的长期工作要求。是目前解决有源电子电流互感器高压侧电源问题的有效方案。参考文献：-.z预充阶段：在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入休眠模式，假设工作电压正常，则检查电池温度是否在设定*围，假设不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压，当电池电压低于低压门限时，BQ2057以恒流10％的电流对电池预充电。恒流充电在完成对电池预充或电池电压低于恒压时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，通过SNS引脚获得充电电流的反应，感测电阻由下式计算：，其中为预期的充电电流，可在BQ2057的电特性表中查得恒压充电当充电电压到达恒压时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压*围内，恒压精度高于±1%，BQ2057通过BAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流到达终止门限I(TERM)时停顿充电，当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开场重新充电。电池温度监测：BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测，常用热敏电阻作为温度传感器，并通过分压电阻实现，如图2所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比拟以决定是否允许充电。由于外局部压及内部门限电压均以VCC为参考，保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。实验结果：实验时选取稳压二极管的稳压值为实验结果说明。原方电流在*围内变化时，电源能够提供所需的电压，在原方电流小于，起用充电电池供电，补偿线圈能够使整流侧输出电压维持在以下，保证各稳压模块可靠工作。当原方电流大于时，整流侧输出电压缓慢上升，超过DC/DC模块的最大输入电压，采取一定的散热措施〔如增大散热片的尺寸等〕可以使电源在更大*围内工作。总结：采用充电电池和补偿线圈相结合的方法解决了小电流的死区问题同时在大电流时可以降低原方电流的激磁作用，可有效地降低了原方电流对电子式互感器工作电源工作特性的影响。实验结果证明该方法是切实可行的，它解决了那就是在线路电流过低或断路器跳闸时无法供电的问题，同时它能使电源在宽动态*围内满足电子电互感器对工作电源的长期工作要求。是目前解决有源电子电流互感器高压侧电源问题的有效方案。解决方法：为解决上面两个难题，我们设计了图1为实际的电路设计原理性线路图图中L1为主线圈，L2为补偿线圈。主线圈提供直流稳压工作电源，补偿线圈主要用于控制主线圈的电压应该在一定的*围。充电电池主要作用是短期断电或小电流情况下充电电池投入功电。在电力系统正常运行的情况下，是主线圈提供直流电源。当输入电压超过8V时检测电池温度和电压，如果温度正常电压过低则进入充电状态，如果两个条件有一个不满足不能进展充电。当发生故障时主线圈输入电压会超过后续电路所能调节的值〔30V〕，此时二极管VS会导通，电流会使磁控开关闭和，补偿线圈回路导通反向激磁，从而降低铁心中的磁通量，到达降低主线圈电压的目的。当发生短期断电或小电流情况时，主线圈输入电压不能提供高压侧电路所需的能量时就切换到充电电池供电。-.z-.z这样就很好的解决了小电流是不能正常供电的问题。实际应用中如果大电流过大，可设计多个补偿电路，进一步降低激磁电流值。设计的实现铁心材料的选取：直是取电的一个重要问题，现在主要用硅钢材料，非晶材料和莫坡合金做铁心。根据高压侧电流的特点选取铁心，数据证明，非晶材料和其他两种相比有更多优点[2]。同时注意选取适宜的B–H曲线工作点，使电源能够在大的电流波动*围内正常供电。主线圈和补偿线圈匝数的选取：为了在小电流的情况下感应出所需电压，所以我们根据公式需要加大铁心截面积或增加线圈匝数，匝数太少时感应电压下降，太多时负载能力又会下降，所以实际制作时主绕组为62匝。由电磁感应定律可知，补偿线圈的匝数越多越好，但制作时一定要根据自己需要，因为匝数越多感应电压越高对绝缘的要求就越高，所以制作时补偿线圈的匝数为300匝。充电控制过程充电状态流程BQ2057的充电曲线如图2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。线路电流/A0430150300450750900整流输出/V022.1DC/DC输出/V55555555.2-.z预充阶段：在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入休眠模式，假设工作电压正常，则检查电池温度是否在设定*围，假设不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压，当电池电压低于低压门限时，BQ2057以恒流10％的电流对电池预充电。恒流充电在完成对电池预充或电池电压低于恒压时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，通过SNS引脚获得充电电流的反应，感测电阻由下式计算：，其中为预期的充电电流，可在BQ2057的电特性表中查得恒压充电当充电电压到达恒压时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压*围内，恒压精度高于±1%，BQ2057通过BAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流到达终止门限I(TERM)时停顿充电，当电池电压低于重新